2014步步高化学大一轮复习专题十二第1讲多样化的水处理技术 11页

'专题12SECTIONTWELVE化学与技术(IB部分)第1讲多样化的水处理技术［考纲要求］1.了解化学在水处理十的应川。2.了解海水的综合利川和海水淡化的主要方法。考点一水的净化与污水处理I知识梳理7深度思考1.生活用水的净化(1)基本流程混凝剂消毒剂T＞、"吉，士饮用水过(2)常川混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式鉍化铝等)、三价铁盐等。原理为Al3++3H2O^=^A1(OH)3(胶体)+3H+,Fe3++3H2O三=Fe(OH)3(胶体)+3H"生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降。(3)常川的消毒剂力液M、漂tl粉、臭氨、二氧化鉍等。(4)除去水屮的异味：活性炭颗粒的比表面积人，吸附能力强，让水通过巾细小的活性炭颗粒绀成的滤床能够除去水中的异味。2.污水处理的方法方法含义操作物理法主要是利用物理原理和机械作用对废水进行治理沉淀、均衡调节、过滤、离心分离等物理化学法通过物理化学过程来除i污染物的方法吸附、浮选、反渗透、屯渗析、超过滤、超吸附等化学法通过施用化学药剂或采用其他于•段进行废水处理的方法中和法、氧化法、还原法、离子交换法等生物化学法利用微生物的代谢作用,除去废水中的溶胶物质及奋机物质的方法活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法等【深度思考】1.有些自来水厂在用(：12对水进行消毒时，还通入一定量的氨，使氨和Cl2生成氯胺(NH2C1),能延长对水的消毒时间，提高消毒效果，其原因是。 答案鉍胺在水屮能发生水解反应，存在如下T•衡：NH2C1+H20z^=±NH3+HC1O,当HC1O消耗吋，乎衡叫右移动，保持消毒作川 1.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效的净水混凝剂。高铁酸钠加入水中，能杀死微生物和细菌，并起到净水作用，试分析高铁酸钠消毒净水的原理。答案Na2FeO4m铁的化合价为+6价，具有强氣化性，能杀死微生物和细菌，其还原产物为Fe3+,水解产生Fe(OH)3胶体，能吸附水中的悬浮物质，起到净水作用。2.沉淀法也是污水处理的常用方法，如Hg2Pb2Cu2"等重金属离子可用Na2S或FeS除去，请写出相关反应的离子方程式。答案Hg2++S2_=HgSIHg2++FeS=HgS+Fe2+Fb2++S2_=PbSIPb2++FeS=FbS+Fe2+Cu2++S2_=CuSJCu2++FeS=CuS+Fe2+递进题组•思维建模1.0来水加工处理流程如下，下列有关说法不正确的是加氯Sg排泥至污泥池加氯水库水I级泵站机械滑浒池1D反应沉淀池滤池術水池二级泵站输配水竹网水至污泥池A.若川FeSO4作混凝剂，最终铁将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池B.投药时常加入适量的石灰，是为了除去水中的Mg2+、HC031C.自來水牛产中，前加氯起消毒杀菌作用，后加氯是保持水中有效氯的含量，防止自來水二次污染D.用C102消毒自來水，消毒效率是M质量氯气的2.63倍答案A解析根据流程中提示，进入沉淀池之前通入了氲气，氯气具有氧化性，所以不可能是Fe(OH)2,只能是Fe(OH)3，A选项错误。2.[2010•课标全国卷一40(1)(2)]水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣且接影响人体健康。请回答K列问题：(1)天然水中溶解的气体主要有、;(2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是(填其中任何两种)，其净水作用的原理是o答案(1)02co2(或氮气)(2)明矾、硫酸铝、硫酸铁(任选两种)铝盐或铁盐在水中发牛.水解牛.成和应氢氧化物胶体，可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的解析(1)天然水中溶解的气体来自空气，所以主要是02、C02(或N2)。(2)净化处理水的原理就是利用铝盐、铁盐水解产生的胶体来吸附天然水中的悬浮物，同时也可以破坏其他带异电的胶体，使其聚沉而达到净化目的，所以常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、硫酸铁等。3.以下是与绿色化学、环境保护和人类健康怠息和关的三个主题，请根据已知信息回答有关问题: (1)冇毒物质的尤害化也足绿色化学研究的内容之一。C102是一种性能优&的消毐剂，还可将废水中少量的S2"NO2"和CN"等有毐有害的还原性酸根离子氧化除去。请写出用CICb将废水中剧毒的CN"氧化成无毒气体的离子方程式：,并说明该方法的优点。(2)下阁为某饮用水厂用天然水制备纯净水(去离子水)的丄艺流程示意阁:活性炭的作用是:03消毒的优点是◊AsB中放置的物质名称分别是：A:Bo答案(1)2C1O2+2CN_=2CO2t+N21+2C厂产生了无毒的C02和N2(2)吸附水中的小颗粒杂质及有色物质(或除去水中的异味)反应产物无毒无害阳离子交换树脂阴离子交换树脂解析(1)本题中方法的优点要从绿色化学角度去分析。(2)由天然水制备纯净水，要除去水中的少量有机物及阴、阳离子，主要是Ca2+、Mg2+等金属阳离子及SOt等阴离子。甶此可确定活性炭的作用及A、B中放置的物质。2.工、Ik三废(废水、废气、废渣)处理或将三废消灭于生产过程中，是近年來化工技术发展的方向之一。(1)工业生产1^04的尾气中常含有少量so2,通常用吸收，有关的化学方程式为;然后再用硫酸处理，目的是。硫酸厂的废水呈性，通常加入进行处理。(2)铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且能在体内蓄积。因此在处理含铬污水吋，通常加入使六价铬转化为三价铬，再加使其转化为沉淀。⑶二氧化氯(cio2)是一种在水处理方面有广泛应川的高效安全消靑剂。与CM1I比，cio2不但具有更显著的杀菌能力，而且不会产屮对人体有潜在危害的有机氯代物，C102有下列两种制备方法。方法•一：2NaC103+4HCl=2C102f+C12t+2NaCl+2H2O；方法二：2NaClO3+H2O2+H2SO4=2ClO2t+Na2SO4+O2t+2H2O。用方法制备的C1O25I适合川于饮川水消毒，其主要原因是。(4)对于含有Hg2Pb2+、Cu2+等重金属离子的工业废水，通常加入过量的使其转化为沉淀而除去。答案(l)Ca(OH)2溶液Ca(OH)2+SO2=CaSO.U+H20将CaSO3转化为S02,提高502的利用率，同吋得到副产砧CaSO4酸熟石灰(2)FeSO4碱(3)二方法二制得的C102中不含有Cl2(4)Na2S 一I反思归纳I污水处理的一般流程化学沉淀法考点二硬水的软化&知识梳理T深度思考1.暂时硬度和永久硬度(1)硬水：含有较多钙、镁离子的水叫做硬水。⑵水的硬度：一般把1L水甩含有1()mgCaO(或含相当于1()mgCaO的物质，如含7.1mgMgO)称为1度(1°)。(1)暂时硬度：水的硬度足由Ca(HCO3)^HMg(HCO3)2引起的，称暂时硬度。(2)永久硬度：水的硬度是由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，称永久硬度。2.硬水软化(1)硬水软化的0的：降低硬水屮032+、Mg2+的含量使之达到规定标准。(2)软化方法煮沸法范围硬水中Ca2+、Mg2+以Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在原理Ca(HCO3)2^^CaCOU+C0,t+H，0Mg(HCO3)2^^MgCCh1+C0ot+H，0MgCO3+H7O—Mg(OH)，+CO,f水垢CaCO3和Mg(OH)2的混合物离子交换法范围硬水中Ca2+、Mg2+以硫酸盐或氯化物形式存在药品嫡化煤(NaR)作离子交换剂原理2NaR+Ca2+=2Na++CaR22NaR+Mg2+=2Na++MgR2递进题组•思维建模1.下列说法屮正确的足A.软水屮一定不含Ca2+、Mg2+ A.硬水经煮沸后就-•定变为软水了 A.水垢的主要成分是碳酸钙和氢鉍化镁B.经过磺化煤处理过的水是不含离了的纯净水答案C解析软水是含有较少Ca2"和Mg2+的水，故A项错，煮沸法可以使硬水的暂时硬度降低，而永久硬度几乎是不会降低的；经磺化煤处理的水，C"+和Mg2"的浓度降低了，但Na+的浓度增大了。1.(2011•山东理综，31(1)(2)(3))水处理技术在生产、生活中应用广泛。(1)含有较多等离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为(写出一个即可)。(2)将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂中接来软化天然硬水，应先使硬水通过(填“RH”或“ROH”)型离子交换树脂，原因是c(3)通过施加一定灰力使水分了•通过半透脱而将人分子成离子截留，从而获得纯净水的方法称为。电渗析法净化水时，使离子通过半透脱的推动力是。答案(l)Ca2+、Mg2+Ca2++2HCO；===CaCO3I+CO2t+H2O(或Mg2++2HCO；^=MgCO3I+CO2t+H2O)(1)RH先通过阴离子交换树脂讨能产生Mg(OH)2等沉淀Iflj影响树脂交换效果(2)反渗透法电势差(或电场力)解析本题考查硬水及其软化的方法、离子方程式的书写、反渗透法和电导率等知识。(1)含有较多Ca2Mg+的水称为硬水，硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为Ca2"+2HCO.3===CaCO3I+CO2t+H2O、Mg2++2HCO3===MgCO3I+CO2t+H2Oo(2)必须先用RH型阳离子交换树脂，后用ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水，防止生成Mg(OH)2等沉淀影响交换效果。2.[2010•课标全国卷一40(3)⑷⑸]水是一种重耍的A然资源，是人类赖以生存不讨缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答卜列问题：⑶水的净化与软化的区别是;(3)硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质(如7.1mgMgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.2X10-3mol-L-1,c(Mg24)=6X10-4mol-L_1,则此水的硬度为；⑶粉4)中的天然水还含有c(HCO3_)=8X1(厂4mol.L_l,现耍软化10m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2g，后加入Na2CO3g。答案(3)水的净化是用混凝剂(如明矶等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子(4)10°(5)7401484解析(3)软化水的目的是除去水中的钙离子和镁离子，降低水的硬度，而净化水的目的是使水中的悬浮物和其他杂质沉淀下来。(4)根据题给水的硬度的定义可计算出水的硬度：水的硬度=6X10-4mol-L1.2X103mol-L1X1LX56g.mol1X103mg.g110mgXILX40g.mol—1037.1mgmg.g^10°o (1)此问考查的知识点是硬水软化的方法之一：石灰-纯碱法，发生反应的离子方程式有：①HCO3+OH=cor+H2O②Mg2*+2OH=Mg(OH)2I③Ca2*+CO3=CaCO31由题意知n(HCO3)=8X10•4mol.L•丨X10m3X103L.m•3=8moln(Mg2*)=6XIO4mol.L.10m3X103L.m.3=6moln(Ca2+)=1.2X10.3mol.L.1X10m3X103L.m.3=12mol由方程式①②知共需要OH’的物质的量为Z2(OH)=8mol+12mol=20mol，所以m[Ca(OH)2]="™X74g-mol•丨=740g加入0<0印2后溶液中共含有Ca2+的物质的量为zz(Ca2+)=12mol+10mol=22mol由方程式③知共需«(CO^)a=22mol,而方程式①提供的COH勺物质的量为8mol,所以还需要加入的Col的物质的量为n(CO3)=22mol-8mol=14mol所以m(Na2C0.3)=14molX106g-mol1=1484g。考点三海水淡化□知识梳理丁深度思考1.海水淡化海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。常用方法有蒸馏法、膜法（屯渗析、反渗透）、冷冻法、离子交换法等。其中蒸馏法、膜法是主要方法。2.电渗析法在屯渗析槽里，阴离交换膜和阳离子交换膜把渗析槽分陥成三个区域，两端的两个区域的电极分别勾直流电源的两极相连。装满海水后，在外加电场的作用下，处于屮间位置海水槽里的阴、阳离子分别透过阴离子交换膜、阳离子交换膜迁移到阳极区、阴极区，屮间水槽里的水含盐景就降低了。电渗析法消耗的电能人，但其成木h杏蒸馏法的1/4。F直流电源41极娶囊篇娶囊盂电极电渗析原理A意阁3.反渗透法如下阁所示，用一种渗透脱（如动植物的脱组织或人造的火棉胶脱等）把含盐浓度不同的两种水溶液隔丌，将发生渗透现象。浓度较小的溶液屮的水分子会通过半透脱渗透到浓度较 大的溶液巾，使原来浓度较大的-•侧溶液液而升高，当液而升高产斗:的压力达到一定数值吋能肌止水的继续滲透，这个压力称为渗透压。如果在含盐浓度较人的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使水从浓溶液-•侧向稀溶液-侧渗透（称为反渗透），使浓溶液浓度增大。利用反渗透技术可以人fi、快速地生产淡水。因此，寻找更理想的渗透膜，提高海水淡化效率是FI前努力的方向。递进题组•思维建模1.海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。请列举海水淡化的两种方法,。答案蒸馏法电渗析法离子交换法（仟选两条或其他合现答案）1.南海某小岛上，解放军战丄•为了寻找合适的饮川水源，对岛上的山泶水进行分析化验，结果显示水的硬度为28°（属于硬水），主要含钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子。请思考下列问题：（1）该泉水属于硬水（填写“暂吋”或“永久”）。（2）若要除去Ca2+、Mg2+可以柱水屮加入石灰和纯碱，试剂添加顺序力，原因足（3）0前常川阴、阳离子交换树脂來进行水的软化，水屮的Ca2+、Mg2+与交换树脂的起离子交换作川。当阴离子交换树脂失效后可放入溶液屮再生。（4＞岛上还可以通过海水淡化来获得淡水。下面足海水利川电渗析法获得淡水的原理图，己知海水中含Na+、C厂、Ca2+、Mg2+、SOf等离子，电极为惰性电极。诮分析K列问题:通电后①阳离子交换膜足指_.（填“A”或“B”）。②写出通电后阳极区的电极反应式:阴极区的现象是答案⑴永久（2）先加石灰活加纯碱过量的钙离子可通过纯碱使之沉淀下来（3）^强碱（4）①B②2C「一2e_=Cl2t电极上产生无色气体，溶液屮出现少撒內色沉淀解析（1）这种山泉水的阴离子是氯离子和硫酸根离子，故这种水为永久硬水。（2）加入石灰，可以将镁离子沉淀下来，水中除原来的钙离子外，又增加了石灰中的钙离子，这些钙 离子用纯碱可以除去。（3）阳离子交换树脂中的阳离子可以与硬水中的阳离子发生交换，故HR中的氢离子与水中的钙离子、镁离子交换；HR阳离子交换树脂失效后生成了CaR2和MgR2；阴离子交换树脂中的OH"与水中的cr、sor交换，阴离子交换树脂失效后可放入强碱（如NaOH）溶液中再生。（4）通电后，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故图示中A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，cr失电子生成Cl2,阴极区发生还原反应，水得电子生成H2和OH"，OH*与Mg2"生成白色的淀。3.海水资源的利用具有广阔前景。海水中主耍离子的含量如表所示。成分含量(mg.L1)成分含量(mg.Ll)cr18980Ca2+400Na+10560HCO；142sof2560Bi，64Mg2+1272（1）电渗析法淡化海水的示意阁如阁所示，其屮阴（阳）离子交换脱仅允许阴（阳）离子通过。阴极极•••w••■①阳极的主要电极反应式是。②在阴极附近产生少量白色沉淀，其成分有和CaCO3,生成CaCO3的离子方程式是o③淡水的出口为（填“a”、“b”或“c”）。（2）利川海水可以提取溴和镁，提取过程如K。酸化液rlCa(OH)2rl过旅_^Mg(OH>2麥WCI2^气so2水溶液Cl2I吹出塔h吸收塔H蒸馏塔h工业溴—^MgClf6H2O—>I^，chMg①提取溴的过程屮，经过两次B<—Br2转化的目的是，吸收塔屮发生反应的离子方程式是。用平衡移动原理解释通空气的目的是。②从MgCl2溶液屮得到MgCl2-6H2O晶体的主要操作是、、过滤:、洗漆、干燥。③依裾上述流程，若将1（）n?海水屮的溴元素转化为工业溴，至少需要称准状况下（：12的体积为L（忽略Cl2的溶解、忽略8<的损失）。答案⑴①2C「-2e_=Cl2t②Mg（OH）2Ca2++OH~+HCO；=CaCO3I+H2O ②b⑵①富集溴元素SO2+Br2+2H2O=4H++2Br■+SOf通入空气将日1*2蒸气带出，使Br2(g)^=^Br2(aq)»KBr2+H2O^^HBr+HBrO平衡叫左移动②加热浓缩冷却结品③179.2解析(1)①阳极是阴离子放电。由于海水中Br"浓度太小，所以主要是C1‘放电。②在阴极是H+放电，致使溶液中OH"浓度增大，所以Mg2"转化为Mg(OH)2；OH还能与HCO3反应生成COl,COL与Ca2*结合生成CaCO^Jl淀。(2)②由于得到的是MgCl2、6H2O，所以需要经过加热浓缩、冷却结晶、过滤等步骤，而不能直接将溶液蒸干。③10m3海水中Br"的质量为104LX64mgL"1=6.4X105mg=640g,根据Cl2+2Br=2Cr+Br2可知一次转化消耗89.6LCl2(标况下),两次需要179.2LCl2(标况下)。'